Ca2kalmoduliinidynamiikan

Ca2+-kalmoduliinidynamiikka kuvaa kalsiumionien Ca2+ sitoutumista kalmoduliiniin (CaM) sekä tästä seuraavaa konformaatio- ja signaalinvaihtoa soluissa. Kalmoduliini on pieni proteiini, jolla on neljä EF-kahdeksankulmaista Ca2+-sitoutumiskohdetta kahdessa lobessa (N- ja C-lobe). Apo-CaM on Ca2+-vapaan muodon; Ca2+-sitoutuminen muuttaa sen rakennetta ja paljastaa hydrofobisia pinnanalueita, mikä mahdollistaa kohdemolekyylien sitoutumisen.

Sitoutuminen Ca2+ tapahtuu vaiheittain ja kooperatiivisesti; N- ja C-lobin Ca2+-affiniteetit vaikuttavat toisiinsa konformaatioiden kautta. CaM voi sitoutua laajaan joukkoon kohdemolekyylejä, kuten Ca2+/CaM-aktivaatioon liittyviä entsyymejä (esim. CaMKII), calcineuriinia, NO-syntaasia, fosfodiesteraasia sekä ionkanavia ja transkriptiotekijöitä. Tämä laaja kohdevalikoima tekee CaM:sta yleisen Ca2+-säätelijän, joka muuntaa Ca2+-pulssien nopeasti annetuista signaaleista monipuolisia biokemiallisia vasteita.

Ca2+-kalmoduliinidynamiikka on kiinni paikallisista Ca2+-mikroalueista ja subcellulaarisesta lokalisaatiosta. CaM:n määrä ja sitoutumistilanne sekä Ca2+-bufferit, kuten Ca2+-signalointiin liittyvät molekyylit, vaikuttavat vasteen nopeuteen ja kestoon. Signaalit voivat olla paikallisia tai globaaleja, jolloin efektit jakautuvat eri solun osiin.

Tutkimuksessa käytetään sekä kokeellisia että laskennallisia menetelmiä. FRET-pohjaiset sensorit (esim. cameleon), NMR- ja X-ray kristallografia antavat rakenteellista ja kinetiikkaa koskevaa tietoa, ja malleja sekä simulointeja sovelletaan Ca2+-pulssien aiheuttaman CaM-aktivaatioiden sekä kohdemolekyylien vasteiden kuvaamiseen.